厭氧消毒對植煙土壤特性及烤煙產質量的影響

陳楨祿，盧志偉，黃瑞寅，賀廣生，王 維

（1.廣東省煙草專賣局（公司），廣東 廣州 510610；2.貴州中煙工業有限責任公司，貴州 貴陽 550004；3.廣東中煙原料供應中心，廣東 廣州 511356；4.華南農業大學農學院，廣東 廣州 510642）

【研究意義】烤煙適應性廣、經濟效益高，是我國重要的經濟作物之一。由于煙草長期連作對植煙土壤結構和根際土壤微生物多樣性造成負向影響，導致土壤酸化加劇、抑制酶活性、養分含量降低，使植煙土壤質量嚴重下降，各種土傳病害頻繁發生，我國南方煙區青枯病、黑脛病的發生尤為嚴重，煙草的可持續發展受到嚴重制約［1-4］。近幾十年來，國內外對烤煙青枯病、黑脛病的防治從抗性品種的選育、化學防治、生物防治以及農業防治等各方面開展了大量研究［5-8］，但各種方法存在一定不足，如農業防治效果不穩、化學防治易對產品安全和環境有負作用、生物防治效果慢、抗性品種因病原菌的變化易喪失抗性等。而土壤厭氧消毒法（Anaerobic soil disinfestation，ASD）是一種調整土壤微生態、有效改良土壤質量且無污染的技術，探究ASD 技術改良煙田土壤質量及防控烤煙主要土傳病害效果對于烤煙的可持續生產具有重大意義。【前人研究進展】Momma 等［9-11］研究發現，ASD 技術是一種廣譜的土傳病原菌滅菌方法，能夠降低茄科勞爾氏菌、鐮刀菌、腐霉菌的相對豐度和植物寄生根結線蟲數量。朱同彬等［12-13］研究發現，施用大量有機物料、淹水的強還原土壤，可快速修復因酸化、次生鹽漬化而嚴重退化的大棚蔬菜地土壤，消除因土傳病原菌和理化性質退化導致的連作障礙，但施用不同的有機物料效果存在明顯差異［14］。ASD 技術被認為是最有效的非化學替代品方法之一，用于殺滅土壤傳播的真菌和細菌性植物病害，具有滅蟲、防病、除草的功效［15］。向土壤中添加易分解的有機物料，并灌水、覆膜形成的厭氧環境，能夠快速創造強還原環境，使土壤溫度、濕度、Eh、pH 短時間內發生明顯變化，改善土壤環境，并產生一些諸如揮發性氣體、有機酸和低價金屬離子等物質，迅速殺滅土壤中病原微生物、線蟲等，能有效提高土壤養分積累并使土壤微生物群落結構發生變化［16-20］。【本研究切入點】目前ASD 技術在香蕉、草莓、番茄等農作物的土傳病害防控應用中已有一些報道，我們前期研究表明，添加不同有機物料的ASD對植煙土壤理化性狀和細菌群落結構產生不同影響［14］，伍朝榮等［20］采用盆栽試驗研究番茄青枯病，發現向土壤添加有機物料米糠及淹水厭氧，能大幅度降低番茄青枯病發病率、提高番茄生物量。耿順軍等［21］分別施用玉米秸稈、腐熟豬糞、光葉紫花苕子等物料進行ASD 處理，發現不同有機物料對病原菌的抑制效果和作物生長、烤煙產質量的提升有一定影響，且存在一定差異。但在大田生產中能夠結合當地生產實際添加不同種類有機物料的ASD 技術對煙草土傳病害的防控效果及對其產質量的影響鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】本研究參照伍朝榮等［22］提出的10 t/hm2有機物料添加量，以廣東韶關南雄市和廣東梅州大埔縣2 個煙區為試點，研究不同有機物料ASD 技術在大田試驗條件下對植煙土壤特性、烤煙農藝和經濟性狀的影響，比較其對主要土傳病害青枯病和黑脛病的防控效果，探究大埔、南雄烤煙大田種植條件下ASD 技術應用的適宜有機物料，為ASD 技術在烤煙生產實踐中應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2021 年在廣東梅州大埔縣（簡稱大埔）和廣東韶關南雄市（簡稱南雄）產區，選擇土傳病害發生嚴重的煙田開展試驗。大埔和南雄供試地塊土壤的基本理化性質分別為：pH 4.81、4.55，電導率（EC）0.75、0.70 ms/cm，有機質含量37.12、34.09 g/kg，全氮含量1.86、1.13 g/kg，速效氮含量112.07、96.71 mg/kg，速效磷含量74.20、85.00 mg/kg，速效鉀含量78.08、83.91 mg/kg。以 ‘云煙87’為供試品種，選擇經粉碎后的米糠和木屑作為有機物料。

1.2 試驗設計

設100%米糠（MK）、50%米糠+50%木屑（KX）、100%木屑（MX）3 種有機物料處理，碳氮比分別為21.28、40.39、144.97，施用量為10 t/hm2，以不添加有機物料、僅灌水覆膜的厭氧處理為對照（CK），每個處理3 個小區，每個小區種植面積54 m2，各處理行距1.2 m，株距0.55 m，種植密度為每667 m21 000 株。于煙苗移栽前1個月，用旋耕機將每個小區均勻拋撒的有機物料與土壤充分混勻，起壟后灌水至1/3 壟高（距地面10 cm），覆膜密閉，厭氧處理4 周。結束后，移栽煙苗，種植管理按當地生產方式進行，煙葉采收、烘烤按照煙葉成熟標準和密集烘烤工藝進行操作。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤特性分析 厭氧處理結束后，取植煙區表層土壤（0～20 cm），經自然風干、清除雜物后過2 mm 篩，混勻后用于測定土壤的理化性質、土壤酶活性。土壤pH 采用水浸提電位法測定，EC 值采用土水比1∶2 浸出液檢測，測量方法參照伍朝榮等［20］，土壤總氮、速效氮含量測定參照楊小秋等［23］，土壤有機質、有機碳、速效磷、速效鉀含量測定參照鮑士旦［24］。土壤過氧化氫酶活性利用高錳酸鉀滴定法測定，脲酶活性利用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定［25］；土壤蔗糖酶活性利用3,5-二硝基水楊酸比色法測定［26］。

1.3.2 病害調查 烤煙土傳病害發生情況按照煙草病蟲害分級及調查方法（GB/T 23222-2008）［27］調查烤煙生長季節黑脛病、青枯病的發生率及發病指數。

1.3.3 煙株農藝性狀調查 參照煙草農藝性狀調查測量方法（YC/T142-2010）［28］，在煙苗移栽現蕾期測量煙株莖圍、株高、上（葉位13）、中（葉位9）、下（葉位6）各部位葉長、葉寬等農藝性狀指標。

1.3.4 煙株經濟性狀調查 按國家烤煙分級標準（GB2635-92）［29］對每個小區采烤后的煙葉進行分級、稱重，按產區煙葉當年的收購價格計算均價、產值。

1.4 數據處理

使用Excel 2010 軟件對試驗數據進行初步處理，采用OriginPro 2023b 軟件作圖，利用IBM Statistics SPSS 19.0 軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 厭氧消毒處理對植煙土壤pH、EC 值的影響

由圖1 可知，ASD 處理對土壤pH 和EC 值均有顯著影響，且大埔、南雄兩個產區表現趨勢基本一致。ASD 處理后兩產區MX、KX、MK 土壤pH 值較CK 均顯著升高，添加有機物料可以提高土壤pH 值，有效修復土壤酸化問題，但不同有機物料改良土壤pH 差異不顯著。經ASD 處理后土壤EC 值明顯下降，且不同物料間存在一定差異，大埔產區以KX 和MK 處理的EC 值降低最為顯著，而南雄產區以MK 處理EC 值降幅最大。

圖1 厭氧消毒處理對植煙土壤pH、EC 值的影響Fig. 1 Effects of anaerobic disinfection treatment on pH and EC values of tobacco-planting soil

2.2 厭氧消毒處理對植煙土壤養分的影響

經ASD 處理后大埔和南雄產區植煙土壤養分含量得到顯著改善（表1），大埔產區土壤的有機質、全氮、速效氮、速效鉀、速效磷含量，較CK 分別提升29.0%～40.6%、7.0%～24.2%、18.0%～24.4%、25.9%～43.0%、37.5%～81.7%,添加有機物料對土壤養分速效磷的提升幅度最大，添加MK 的ASD 處理對土壤養分含量（除速效鉀之外）改善效果均高于MX、KX；南雄產區土壤有機質、全氮、速效氮、速效磷、速效鉀含量較CK 分別提升0.1%～35.2%、55.8%～89.4%、19.7%～30.0%、22.2%～27.5%、34.0%～76.3%，添加有機物料ASD 處理土壤各養分含量變化趨勢與大埔基本相同。

表1 厭氧消毒處理對植煙土壤養分含量的影響Table1 Effects of anaerobic disinfection treatment on nutrient content in tobacco-planting soil

2.3 厭氧消毒處理對植煙土壤酶活性的影響

由表2 可知，ASD 處理后大埔、南雄兩產區土壤脲酶和過氧化氫酶活性均顯著增強。大埔產區有機物料ASD 處理中MK 效果最佳，MK 處理土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性較CK 顯著增加56.3%、60.1%、58.9%。土壤脲酶活性在不同物料處理間無顯著差異，但蔗糖酶和過氧化氫酶活性在MK 處理下高于MX 處理，尤其是蔗糖酶活性顯著，較CK、MX 及KX 分別增加60.1%、25.0%及19.0%。南雄產區ASD 處理（除MX 處理蔗糖酶活性外）土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性較CK 均顯著增加，對土壤酶活性影響與大埔產區基本一致，各處理酶活性表現為MK＞KX＞MX。

表2 厭氧消毒處理對植煙土壤酶活性的影響Table 2 Effects of anaerobic disinfection treatment on enzyme activities in tobacco-planting soil

2.4 厭氧消毒處理對烤煙青枯病和黑脛病發病率及病情指數的影響

不同有機物料ASD 對烤煙青枯病和黑脛病的影響如圖2 所示，大埔和南雄ASD 處理與CK 間的烤煙青枯病、黑脛病的發病率及病情指數均存在顯著性差異。大埔產區添加有機物料的ASD 處理的烤煙青枯病發病率較CK 降低18.9～55.8 個百分點、病情指數降低34.7%～69.0%，烤煙黑脛病發病率降低27.7～59.2 個百分點、病情指數降低30.4%～68.9%，各處理間的綜合防控效果表現為MK＞KX＞MX，南雄產區烤煙青枯病和黑脛病的發病率比CK減少5.6～12.6 和11.7～18.0個百分點，病情指數較CK 分別下降16.1%～63.7%和43.4%～63.4%。不同有機物料ASD 處理對烤煙青枯病、黑脛病發病率及病情指數的影響與大埔表現基本一致。綜上，兩個產區均以MK 處理效果最好，烤煙青枯病、黑脛病的發病率及病情指數均較低。

圖2 厭氧消毒處理對烤煙青枯病和黑脛病發病率及病情指數的影響Fig. 2 Effect of anaerobic disinfection treatment on incidence and disease index of bacterial wilt and black shank in flue-cured tobacco

2.5 植煙土壤環境因子和烤煙發病率及病情指數冗余分析

采用冗余分析研究土壤環境因子對烤煙青枯病、黑脛病的發病率和病情指數的影響（圖3）。大埔、南雄兩產區上述參數數據的第1 主成分（PC1）和第2 主成分（PC2）累計方差貢獻率分別達到98.88%、98.26%，可反映參數間的大部分信息。大埔產區，其PC1 方向方差貢獻率為92.14%，烤煙青枯病、黑脛病的發病率及病情指數與土壤電導率呈正相關，與土壤全氮、速效氮、速效磷、速效鉀、有機質含量以及脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性、pH 值呈顯著負相關。CK 明顯偏向于EC、青枯病病情指數（BWDI）、黑脛病病情指數（BSDI）等較高的方向，而MK 處理則偏向于速效磷（AP）、pH、蔗糖酶（SUC）、脲酶（URE）、土壤有機質（SOM）等較高的方向，且MK 處理更明顯偏向于pH、SUC 較高的方向。南雄產區，其PC1 方差貢獻率為92.57%，其變化參數與大埔產區基本相同，處理間存在顯著差異。CK 與MK、KX 處理間的差異主要體現在PC1 上，CK 與MK 處理間的差異還體現在PC2 上，MK 處理更明顯偏向于URE、SOM 等較高的方向。大埔產區烤煙青枯病發病率（BWM）、BWDI、黑脛病發病率（BSM）、BSDI 受SUC 影響較大；南雄產區烤煙BWM 受URE、過氧化氫酶影響較大，BSM 受全氮（TN）、URE 影響較大。

圖3 土壤環境因子與烤煙青枯病、黑脛病發病率及病情指數的冗余分析Fig. 3 Redundancy analysis on the relationship between soil environmental factors and the incidence and disease index of bacterial wilt and black shank in flue-cured tobacco

2.6 厭氧消毒處理對烤煙現蕾期農藝性狀的影響

表3 為各處理下烤煙現蕾期主要農藝性狀指標值變化，ASD 處理下烤煙的株高、莖圍、上部的葉長與葉寬、中部的葉長與葉寬較CK 有提高趨勢。大埔產區，添加有機物料的ASD 處理的株高、上部葉寬較CK 有所增加，其中MK 處理使現蕾期的株高、莖圍、各部位葉寬均明顯增加，其中株高較CK 顯著提高16.5%，莖圍較CK 顯著提高23.1%，上、中、下部位的葉寬較CK 顯著提高31.3%、26.3%、19.7%。南雄產區，添加MK 的ASD 處理對中、下部位葉長與葉寬影響較為顯著，顯著高于CK，但與添加MX、KX 的處理差異較小。

2.7 厭氧消毒處理對烤煙經濟性狀的影響

由表4 可知，與CK 相比，ASD 對烤煙的產量、產值、均價、上等煙比例、中上等煙比例的影響存在一些差異。大埔、南雄產區烤煙平均產值較CK 至少增加1 949.25 元/hm2，中上等煙比例比CK 分別增加1.2～4.2、0.7～2.9 個百分點，ASD 處理顯著影響大埔產區產值、產量、均價、上等煙比例，ASD 處理下經濟性狀各指標有增加趨勢，尤其是大埔產區MK 添加下的ASD 處理，其產值、產量、均價、上等煙比例較CK 顯著增加，分別提升33.6%、21.6%、9.9%、11.3%。而南雄產區主要是煙葉均價和產值明顯受ASD 影響，其他狀性各處理間差異不顯著，ASD 處理下煙葉均價和產值較CK 有升高趨勢，尤其是添加MK 的ASD處理，其均價和產值提升幅度顯著大于KX、MX處理。

表4 厭氧消毒處理對烤煙經濟性狀的影響Table 4 Effects of anaerobic disinfection treatment on economic traits of flue-cured tobacco

3 討論

3.1 添加不同有機物料的厭氧消毒處理對植煙土壤特性的影響

水旱輪作是一種歷史悠久、可有效控制土傳病害的途徑，在農業生產上廣泛應用。但單純的淹水并不能有效抑制土壤中病原菌的數量，其原因可能是單純淹水處理時，由于土壤缺乏營養，土壤中的厭氧微生物代謝活動較慢，不能產生大量的抑菌物質［17］。現有研究表明，通過添加有機物料的ASD 技術，能在短時間內顯著改變土壤理化性質，主要包括土壤pH、Eh、EC、土壤養分等變化［14］。本研究發現，在大埔和南雄烤煙產區的大田試驗條件下，向土傳病害發病嚴重的煙田土壤添加不同量MK 和MX，經淹水厭氧發酵4 周后，土壤pH 值顯著增加，而土壤EC 值降低。這與前人研究結果基本一致［22，30-32］，其原因可能是土壤在厭氧條件下發生還原反應，形成大量高價氧化性的堿性物質，消耗了系統中的H+。添加的有機物料在ASD 處理下經礦化降解可顯著增加土壤養分質量分數［20］。本研究結果表明，ASD處理后明顯增加兩產區土壤有機質及速效氮、磷、鉀養分含量，且添加MK 對土壤養分改善的效果要優于MX。有機物料中的TOC 可大致分為易降解（如EOC）和難降解（纖維素、木質素等）兩種形態［32］，木屑含有較多的纖維素、木質素，C/N 較高，TOC 較難降解，而米糠C/N 較低，ASD 處理后土壤環境處于強還原條件下，促進了土壤中有機物料的礦化過程，使土壤養分質量分數明顯增加。土壤酶是多種營養物質轉化和釋放的推動力，參與土壤中的各種生物化學過程，其活性決定了土壤中進行的各種生化過程的強度和方向，影響土壤微生物數量及其群落結構，也是土壤質量評價的關鍵性指標［33-35］。王光飛等［35］研究發現，脲酶活性與土壤微生物數量、微生物活性和呼吸強度呈正相關。本研究發現ASD 處理后土壤脲酶活性增強，表明土壤在淹水過程中，土壤微生物呼吸作用增強。過氧化氫酶主要用于分解土壤中的過氧化氫，降低土壤中過量的過氧化氫對植物根系的毒害，土壤過氧化氫酶活性與土壤有機質質量分數相關［36］。土壤蔗糖酶活性則與土壤中有機質、氮、磷含量、微生物數量及土壤呼吸強度有關，其酶促作用產物直接關系到作物的生長［37］，蔗糖轉化酶與土壤速效鉀和速效磷含量呈顯著正相關，其活性與土壤肥力狀況密切相關［38］。添加有機物料后的土壤經ASD 處理后，土壤過氧化氫酶與蔗糖酶活性顯著升高，說明ASD 處理后土壤清除有機物料降解和土壤微生物活動產生的氧自由基能力增強，減少了氧自由基積累所造成的傷害，同時蔗糖酶活性的增加促進了土壤中有機質的分解。冗余分析也表明，兩產區土壤中酶活性與土壤有機質、速效氮、磷、鉀等含量呈正相關，添加有機物料ASD 處理中的MK 處理對土壤酶活性及養分含量的改善效果要優于KX、MX 處理。

3.2 添加不同有機物料的厭氧消毒處理對烤煙病害及經濟性狀的影響

煙草青枯病、黑脛病的泛濫造成煙株發育不良甚至死亡，給煙草行業造成極大損失。ASD 技術能在短時間內形成厭氧、高溫環境使得有機物分解并產生揮發性氣體、有機酸、低價重金屬等各類有毒物質，對各種病原菌產生抑制作用，從而達到降低土傳病害的目的［22］。本團隊前期研究［14］發現，ASD 顯著改變了細菌門類水平上各種群的比例，厭氧和耐受型細菌豐度大幅增加，青枯菌數量明顯減少。本研究也表明，添加米糠和木屑的ASD 處理顯著降低青枯病、黑脛病的發病率和病情指數，其中以米糠（10 t/hm2）對青枯病、黑脛病的控制效果最好，米糠與木屑等量混合施用次之，說明在適宜的C/N 條件下，ASD 處理對土壤殺菌效果較好［30］。農藝性狀是煙株生長發育過程中內在協調性好壞最直接的外在表現，能準確體現煙葉在大田生長過程中的長勢、長相及植物學特性，土壤板結、通透性差、養分失衡等因素會影響煙草生長，而良好的土壤環境是獲取優質煙葉的條件之一［39］。朱同彬等［13］研究發現，添加黑麥草的ASD 處理可以改良退化設施蔬菜土壤，種植黃瓜后，顯著增加黃瓜的株高、葉片數，黃瓜長勢、長相顯著改善。本研究也表明，ASD處理后烤煙的株高、莖圍以及葉長與葉寬均有明顯增加趨勢，尤其是添加MK 的ASD 處理表現明顯。說明ASD 通過改良土壤環境影響烤煙的生理生化代謝過程，進而影響烤煙的農藝性狀，促進煙葉的生長發育。因此，建議在大埔、南雄煙區使用ASD 技術改良土壤質量及防控烤煙青枯病、黑脛病時，施用MK 或適宜碳氮比（20～40:1）的其他有機物料。

4 結論

本研究結果表明，添加有機物料的ASD 技術在調節植煙土壤質量、控制土傳病害發生、提升煙葉產質量方面有一定效果，不同處理的ASD 技術顯著降低土壤EC 值、提高土壤pH值、土壤酶活性和養分含量，大埔產區土壤有機質、速效鉀含量提升效果較好，較CK 分別提升了29.0%～40.6%、37.5%～81.7%，南雄產區全氮、速效鉀含量提升效果較好，分別提升了55.8%～89.4%、34.0%～76.3%，兩產區烤煙青枯病和黑脛病的發病率較CK 至少分別減少5.6、7.5 個百分點，烤煙平均產值至少增加1 949.25 元/hm2，大埔、南雄產區中上等煙比例比CK 分別增加1.2～4.2、0.7～2.9 個百分點。不同處理的效果存在差異，添加MK（10 t/hm2）的ASD 處理對煙田土壤質量改良及烤煙青枯病、黑脛病的防控效果優于KX（10 t/hm2）、MX（10 t/hm2）。